反映路谱对车辆制动性能影响的轮胎模型

　　车辆轮胎力学模型的准确程度,极大地影响车辆动态性能的计算机模拟精度。多年来,人们倾注大量的精力从事轮胎力学模型的研究,并提出了一些针对车辆不同行驶工况的轮胎力学模型。归纳起来大致分两类:一类是用于车辆操纵稳定性和制动稳定性研究的轮胎力学模型;另一类是用于车辆平顺性研究的轮胎力学模型。前一类轮胎模型在模拟分析平路上车辆的操纵稳定性和制动稳定性方面发挥了重要作用,但是对不平度大的路面上行驶车辆,由于该类模型没有考虑不平度对车辆动态性能的影响,因而仍有不合适之处。而后一类轮胎模型只考虑了车辆匀速直线驶的情况,没有考虑制动和起步工况下车轮制动力和驱动力的变化,对车辆制动、起步这两种变速行驶的非平稳情况的动态性能研究是不适用的。所以,两类轮胎力学模型对于不平路面上车辆的制动过程的仿真研究而言,都不能满足研究需要,只有既考虑了不平度路面对车辆振动的影响,又考虑了制动过程中制动力变化的轮胎力学模型,才能满足对不平路面上车辆制动过程研究的要求。本文根据以上要求进行了轮胎的建模与分析。

　　1　非线性时变轮胎力学模型的提出和假设

　　车辆在制动过程中,特别在紧急制动情况下,由于车辆本身惯性和路面不平度的作用,使制动过程中轮胎接地面积变化增大,轮胎变接地面积对车辆的制动性能影响大,是建模时应该考虑的。上述车辆制动过程中引起车辆接地面积的变化,比匀速行驶时车轮接地面积的变化要大得多;轮胎表现出很强的非线性,对车辆的制动性能有很大影响。轮胎整体模型应该体现出这种非线性的特点。根据制动过程中轮胎具有变接地印迹和刚度、阻尼非线性这两大特点,本文提出了一种能反映以上特征的非线性轮胎力学模型。为了便于推导理论模型,作如下假设:①本文主要是研车辆的直线制动规律,不考虑路面不平度在轮胎宽度方向上的变化,且假定只有在接地印迹长度上的那部分胎面发生弹性变形,而不与地面接触的部分胎面则保持圆形;②轮胎均匀对称,全部质量集中在轮心上;③不考虑制动过程中路面摩擦引起轮胎的周向变形;④鉴于在一般情况下车辆在硬路面上行驶,建模中忽略路面的变形;⑤假定轮胎由多个沿径向分布的弹簧阻尼单元组成,各分布弹簧阻尼单元变形是独立的;⑥车辆制动过程中,轮胎与地面的附着系数在接地长度内各处,只随各点的瞬时滑移率的变化而变化。

　　2　建立非线性时变轮胎力学模型

　　根据上述假定,轮胎力学模型简化为图1所示的形式。在轮胎的接地印迹长度l上,均匀分布有n个径向分布的刚度阻尼单元,图中只画出了某一瞬时某一分布弹簧阻尼单元。在该时刻地面对车轮的作用力(垂直力和水平制动力)就是各分布弹簧阻尼单元产生的径向分布力分布制动摩擦力的合力。